JP2007139632A - Reflectivity measuring instrument and reflectivity measuring method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光学部品の反射率を測定する反射率測定機、反射率測定方法に関する。 The present invention relates to a reflectance measuring machine and a reflectance measuring method for measuring the reflectance of an optical component.
レンズなどの被検面の反射率を測定する装置には、白色光源からの光束をハーフミラーで折り返してから対物レンズで集光してレンズの被検面に照射し、被検面における反射光をハーフミラーを通して受光素子に入射させるように構成されたものがある(例えば、特許文献1参照)。この種の反射率測定機では、ハーフミラーと、受光素子との間に、分光器を配置し、反射光を分光しながら受光素子に入射させると、分光反射率を測定することが可能になる。
しかしながら、白色光源からの光束の強度は、全ての波長において一定ではなく波長によって異なることが多い。集光レンズなどのレンズ系においても、その反射防止膜の特性によって波長毎の光の透過強度や反射強度が異なってくる。このため、受光素子に入射する光束は、波長によって強度が異なる。仮に、全ての波長で強度が一定な光束が受光素子に入射したとしても、受光素子の検出感度が波長毎に異なるので、受光素子で検出される光の強度は、一定にはならない。したがって、従来の反射率測定機は、検出強度が波長によって異なるような装置固有の分光特性を有していた。波長による検出強度の変化が大きい場合に分光反射率を測定しようとすると、検出強度が高くなる波長域では十分な量の光束を検出できるが、検出強度が低くなる波長域では十分な量の光束が検出できなかった。この場合には、本来得られるはずの情報がノイズに埋もれる等して得られなくなるので、良好な測定精度が得られないという問題が生じる。なお、検出強度が低くなる波長に合わせて光量や、検出時間の増加、受光素子の検出感度の向上を図ると、検出強度が高くなる波長の検出値が飽和し易くなるので、良好な測定精度が得難くなる。
この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、装置の分光特性に合わせて光量を補正することで、全体の検出強度の分布を整えることである。
However, the intensity of the light beam from the white light source is not constant at all wavelengths and often varies depending on the wavelength. Also in a lens system such as a condenser lens, the transmission intensity and reflection intensity of light for each wavelength differ depending on the characteristics of the antireflection film. For this reason, the intensity of the light beam incident on the light receiving element varies depending on the wavelength. Even if a light beam having a constant intensity at all wavelengths is incident on the light receiving element, the detection sensitivity of the light receiving element is different for each wavelength, so the intensity of light detected by the light receiving element is not constant. Therefore, the conventional reflectance measuring machine has spectral characteristics unique to the apparatus such that the detection intensity varies depending on the wavelength. If the spectral reflectance is measured when the change in detection intensity due to wavelength is large, a sufficient amount of light flux can be detected in the wavelength range where the detection intensity is high, but a sufficient amount of light flux is detected in the wavelength range where the detection intensity is low. Could not be detected. In this case, information that should originally be obtained cannot be obtained because it is buried in noise or the like, resulting in a problem that good measurement accuracy cannot be obtained. Note that if the light intensity, detection time, and detection sensitivity of the light receiving element are increased in accordance with the wavelength at which the detection intensity decreases, the detection value of the wavelength at which the detection intensity increases tends to saturate. Becomes difficult to obtain.
The present invention has been made in view of such circumstances, and its main purpose is to correct the distribution of the entire detection intensity by correcting the amount of light in accordance with the spectral characteristics of the apparatus.
上記の課題を解決する本発明の請求項1に係る発明は、白色光源からの光束を被検面に入射させ、前記被検面からの反射光を分光器で分光した後に受光素子に受光させて前記被検面の反射率を測定する反射率測定機において、前記白色光源から前記被検面に至るまでの間に、反射光を前記受光素子で検出したときの前記受光素子の検出強度の波長に依存するばらつきを減少させる補正手段を設けたことを特徴とする反射率測定機とした。
この反射率測定機は、最終的に受光素子を通して検出される光束の強度(検出強度)が波長によって大きくばらつく場合に、ばらつきを装置全体の分光特性とし、この分光特性を見込んだ補正手段を用いて、ばらつきを減少させる。
The invention according to claim 1 of the present invention for solving the above-described problem is that a light beam from a white light source is incident on a test surface, and reflected light from the test surface is dispersed by a spectroscope and then received by a light receiving element. In the reflectance measuring machine that measures the reflectance of the test surface, the detection intensity of the light receiving element when the reflected light is detected by the light receiving element from the white light source to the test surface is measured. The reflectance measuring machine is characterized in that it is provided with a correcting means for reducing the variation depending on the wavelength.
This reflectance measuring machine uses a correction means that takes into account the spectral characteristics of the entire device when the intensity (detection intensity) of the light beam finally detected through the light receiving element varies greatly depending on the wavelength. To reduce variation.
請求項2に係る発明は、請求項1に記載の反射率測定機において、前記補正手段は、検出強度が高くなる波長域の光量をカットし、検出強度が低くなる波長域の出力が、検出強度が高くなる領域の出力の1%以上になるように補正する光学フィルタであることを特徴とする。
この反射率測定機では、受光素子に入射する光束のうち、装置全体としての検出強度が高くなる波長域の光束は光量が少なくなり、検出強度が低くなる波長域の光束は相対的に光量が多くなる。
According to a second aspect of the present invention, in the reflectance measuring instrument according to the first aspect, the correction unit cuts the light amount in the wavelength region where the detection intensity becomes high, and the output in the wavelength region where the detection intensity becomes low is detected. It is an optical filter that corrects the output to be 1% or more of the output of the region where the intensity is high.
In this reflectance measuring machine, among the light beams incident on the light receiving element, the light beam in the wavelength region where the detection intensity as a whole of the apparatus is high decreases in light amount, and the light beam in the wavelength region where the detection intensity decreases is relatively light. Become more.
請求項3に係る発明は、請求項2に記載の反射率測定機において、前記光学フィルタは、450nm以下の透過率が700nm付近の透過率の倍以上であることを特徴とする。
この反射射率測定機は、短波長側の光量を多くし、長波長側の光量を少なくすることで、検出強度の補正を行う。
According to a third aspect of the present invention, in the reflectance measuring machine according to the second aspect, the optical filter has a transmittance of 450 nm or less that is at least twice that of a transmittance near 700 nm.
This reflectance measurement apparatus corrects the detection intensity by increasing the amount of light on the short wavelength side and decreasing the amount of light on the long wavelength side.
請求項4に係る発明は、請求項1に記載の反射率測定機において、前記補正手段は、検出強度が低くなる波長域の光束を出射し、この光束を前記白色光源からの光束に合成するように配置された補償用光源を有することを特徴とする。
この反射率測定機は、検出強度が低くなる波長域の光束を増加させることで、検出強度の補正を行う。
According to a fourth aspect of the present invention, in the reflectance measuring machine according to the first aspect, the correction unit emits a light beam in a wavelength region where the detection intensity is low, and combines the light beam with the light beam from the white light source. It has the light source for compensation arranged in this way.
This reflectance measuring device corrects the detection intensity by increasing the light flux in the wavelength region where the detection intensity is low.
請求項5に係る発明は、白色光源からの光束を被検面に入射させ、前記被検面からの反射光を分光器で分光した後に受光素子に受光させることで前記被検面の反射率を測定する反射率測定方法において、白色光源からの光束を光学フィルタに通して500nm以上の波長の可視光の光量を減衰させた後に、前記被検面に照射するステップと、前記被検面からの反射光を前記光学フィルタよりも手前で折り返して分光器に入射するステップと、を有することを特徴とする反射率測定方法。
この反射率の測定方法では、装置固有の特性として短波長側の検出強度が高くなる波長域(500nm以上)の光量を光学フィルタで減衰させることで、短波長側の光量を相対的に増加させる。その結果、最終的に受光素子を通して検出される光束の波長毎の強度変化が小さくなる。
According to a fifth aspect of the present invention, the reflectance of the test surface is obtained by causing a light beam from a white light source to enter the test surface, separating the reflected light from the test surface with a spectroscope, and then receiving the light on a light receiving element. In the reflectance measurement method for measuring the light, the step of irradiating the surface to be measured after passing the light beam from the white light source through an optical filter and attenuating the amount of visible light having a wavelength of 500 nm or more; And reflecting the reflected light before the optical filter and entering the spectroscope.
In this reflectance measurement method, the amount of light on the short wavelength side is relatively increased by attenuating the amount of light in the wavelength region (500 nm or more) where the detection intensity on the short wavelength side is high as an apparatus-specific characteristic with an optical filter. . As a result, the intensity change for each wavelength of the light beam finally detected through the light receiving element is reduced.
本発明によれば、装置の分光特性によって検出強度が低くなる波長域と、検出強度が高くなる波長域との間の差を減少させることで、受光素子を通して最終的に検出される光束の強度の波長による分布を整えることができる。したがって、反射率測定の際の測定精度を向上させることができる。 According to the present invention, the intensity of the light beam finally detected through the light receiving element is reduced by reducing the difference between the wavelength region where the detection intensity is low due to the spectral characteristics of the device and the wavelength region where the detection intensity is high. The distribution according to the wavelength can be adjusted. Therefore, the measurement accuracy in the reflectance measurement can be improved.
本発明の第1の実施形態について図面を参照して説明する。
図1は、本実施形態に係る反射率測定機の構成を示す。反射率測定機1は、レンズ表面の分光反射率を測定する装置で、本体部2と、光源装置3とを有する、光源装置3には、白色光源、例えば、ハロゲン光源が用いられている。本体部2と光源装置3とは、輪帯状に光ファイバを束ねたライトガイド4で接続される。本体部2内には、ライトガイド4から放射される輪帯光束3aの光路上に、補正手段である補正フィルタ5と、第1ピンホール板6と、第1ビームスプリッタ7と、結像レンズ8と、第2ビームスプリッタ9とが順番に所定の間隔で配置されている。第1ピンホール板6には、例えば、直径0.2mmの第1ピンホール6Aが形成されている。第1ビームスプリッタ7は、ライトガイド4からの光束の光軸に対して45°傾斜して固定されている。結像レンズ8は、第1ビームスプリッタ7を透過した光束をコリメートする。第2ビームスプリッタ9は、第1ビームスプリッタと平行に45°傾斜して配置されており、光束を下方に90°折り返す。
A first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a configuration of a reflectance measuring machine according to the present embodiment. The reflectance measuring device 1 is a device that measures the spectral reflectance of the lens surface, and includes a
さらに、第2ビームスプリッタ9の下方には、対物レンズ10が配置されており、対物レンズ10のさらに下方には検査対象となる被検レンズWが配置されている。結像レンズ8と対物レンズ10とは、第1ピンホール6Aの像が被検レンズWの表面(被検面W1)に結像するように設計されている。
Further, an
第2ビームスプリッタ9の上方には、観察光学系11が設置されており、第2ビームスプリッタ9を透過した光で被検レンズWの拡大像を観察できるようになっている。
第1ビームスプリッタ7の上方には、第2ピンホール板12と、分光器13とが配置されている。第2ピンホール板12には、第2ピンホール12Aが形成されている。第2ピンホール12Aは、第1ビームスプリッタ7で折り返された光束の光路上に配置されている。第2ピンホール12Aの径は、第1ピンホール6Aよりも大きく、例えば、直径0.3mmである。
An observation
A
分光器13は、グレーティング14が第2ピンホール12Aを通過する光束の光路上に所定の傾斜角度で設置されている。グレーティング14によって波長毎に異なる角度で反射される光束の光路上には、ミラー15が配置されている。ミラー15は、折り返された光束がラインセンサ16の所定位置に入射するように配置されている。ラインセンサ16は、受光素子を配列した構成を有する。ラインセンサ16は、信号線17でコントローラ18に接続されており、受光素子が受光した光の光量に応じた信号が出力されるようになっている。コントローラ18は、複数のメモリ(メモリM1,M2,M3,・・・)と、演算装置Cとを備える。演算装置Cは、ラインセンサ16の露光時間の制御や、ラインセンサ16の出力に基づく演算処理を実行するように構成されている。
In the
なお、補正フィルタ5は、後に詳細に説明するように、光源装置3の特性、ライトガイド4を含む光学系の透過特性、反射特性、グレーティング14の分光特性、ラインセンサ16の検出感度などによって定まる反射率測定機1の分光特性(波長毎の検出強度)が、測定波長の範囲内で所定範囲内に収まるように透過特性が設計された光学フィルタである。例えば、光源装置3のハロゲン光源の輝度は、黒体放射に係るプランクの放射則から、図2に示すような特性を有する。図中では、3種類の色温度(3100K、3300K、3400K)に対応する輝度分布が図示されている。図2から分かるように、ハロゲン光源では、短波長側の輝度が低く、長波長側の輝度が高い。本実施形態では、短波長側の透過率が大きく、長波長側の透過率が小さい補正フィルタ5を使用することで、波長毎の検出強度のばらつきを小さくしている。
The
この実施形態の作用について説明する。
最初に、被検レンズWを置かない状態で、光源装置3から照明光を照射する。ライトガイド4から出射した輪帯光束3aは、補正フィルタ5を通り、第1ピンホール板6に導かれる。第1ピンホール板6では、第1ピンホール6Aを通過した光のみが第1ビームスプリッタ7に入射する。この光は、第1ピンホール6Aを点光源とする発散光のように振る舞い、結像レンズ8でコリメートされ、対物レンズ10によって集光される。この場合には、集光位置に反射物がないので、反射光が分光器13に入射することはない。したがって、一定時間T内のラインセンサ16の出力をコントローラ18のメモリM1に記憶させると、外光や、ラインセンサ16の暗電流などによるノイズ(有害信号成分)の情報が得られる。
The operation of this embodiment will be described.
First, the illumination light is irradiated from the
次に、参照面を有する標準試料を対物レンズ10の集光位置に置いて、前記と同様にして一定時間T内のラインセンサ16の出力をメモリM2に記憶する。光源装置3から標準試料に向かって照射された光束は、参照面で反射される。この反射光は、第2ビームスプリッタ9で反射され、第1ビームスプリッタ7に導かれる。第1ビームスプリッタ7では、第2ピンホール板12に向けて折り返され、第2ピンホール12Aを通った光が分光器13に導かれる。分光器13では、グレーティング14で波長に応じた反射角度で反射し、ミラー15で折り返されてラインセンサ16の所定位置に受光される。ラインセンサ16は、グレーティング14における波長毎の反射角度に対応して配置されているので、ラインセンサ16上で受光した位置から波長が分かる。さらに、光束を受光したときに発生する電流の大きさから、光量が分かる。なお、第2ビームスプリッタ9では、一部の光が透過して観察光学系11に導かれる。このため、観察光学系11で参照面の像を観察することが可能になり、ピントを含めて、参照面のどの位置に照明光を当てて測定しているのかを確認することができる。
Next, a standard sample having a reference surface is placed at the condensing position of the
さらに、標準試料の代わりに、被検レンズWの被検面W1を対物レンズ10の集光位置に配置し、一定時間T内のラインセンサ16の出力をメモリM3に記憶させる。演算装置Cは、メモリM2,M3のデータからメモリM1のデータをそれぞれ差し引いた後に、所定のデータ処理を行い、被検面の反射特性を演算する。
Further, instead of the standard sample, the test surface W1 of the test lens W is arranged at the condensing position of the
ここで、本装置における補正フィルタ5の特性について、具体例をあげて説明する。
例えば、被検レンズWをショット社製のホウ珪クラウンガラス(BK7)とした場合、この反射率測定機1のラインセンサ16で検出される分光特性は、図3に示すようであった。図3では、380nmから780nmの測定波長領域において波長ごとにラインセンサ16の出力から換算した光量の変化が図示されている。このような分光特性は、光源装置3の発光特性に、各光学素子の特性が重畳されて得られたもので、最も短波長の380nm付近(a点)が最も強度が低く、580nm(b点)付近でピークを迎えた後に一度下がってから再度上昇し、680nm(c点)付近が最も検出強度が高くなっている。また、c点よりも長波長側は、検出強度が落ちている。この分光特性では、c点に比べて、a点の検出強度が低く、a点付近の測定結果は、ノイズに埋もれ易く、正しい反射率の測定が困難になる。しかしながら、a点付近の検出強度を上げるためにラインセンサ16の露光時間を長くすると、c点付近は飽和してしまい、c点付近の反射率を正しく測定することができなくなる。
Here, the characteristic of the
For example, when the test lens W is a borosilicate crown glass (BK7) manufactured by Schott Corporation, the spectral characteristics detected by the
そこで、最も検出強度の高いc点の光量に対して、最も検出強度の低いa点の光量が1%以上になるように、補正フィルタ5を設計する。この場合の補正フィルタ5の透過特性を図4に示す。補正フィルタ5は、短波長側と長波長側の透過率が高く、c点に相当する波長近傍の透過率が低くなっている。また、b点に相当する波長近傍の透過率も低めに設定されている。これは、c点の減衰量によっては、b点が相対的に上昇するので、b点の光量が突出することがないようにするためである。より具体的には、短波長側の450nm以下の透過率は約100%であり、700nm付近の透過率は半分以下(40%程度)になっている。このような補正フィルタ5を本体部2に設置すると、図5に示すような特性が得られた。短波長側と長波長側の光量が相対的に上昇し、c点と比較して1%以上になっている。また、他の波長域においても相対的に上昇する領域を減衰させることで全波長域の分光特性を整えている。その結果、分光特性は、フラットに近い部分が多くなり、検出強度の差が小さくなっている。
Therefore, the
このような補正フィルタ5で補正を行うことで、元々光量が多かったc点などの光量の測定値が減るので、補正フィルタ5がない場合と同じ露光時間では、ラインセンサ16の出力が全体的に小さくなる。すなわち、補正フィルタ5の透過率の高い波長域(例えば、a点)の光量は、補正フィルタ5を入れる前後で殆ど変化しないが、補正フィルタ5の透過率の低い波長域(例えば、c点)の光量が下がるので、全体としてデータ量が少なくなる。このため、ラインセンサ16の露光時間は、2〜3倍程度に長くして、全体として十分な光量が取得できるように調整する。
By performing correction with the
この実施形態によれば、反射率測定機1が有する特性に応じて補正フィルタ5を作成し、この補正フィルタ5を第1ビームスプリッタ7よりも光源装置3側に配置したので、ラインセンサ16の出力が小さくなる波長域の検出強度を相対的に上昇させることが可能になる。したがって、このような波長域を含む測定範囲内の光量の強度分布を整えることが可能になり、測定精度を向上させることができる。
According to this embodiment, the
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。なお、第1の実施形態と同じ構成要素には、同一の符号を付してある。また、重複する説明は省略する。
図6に示すように、反射率測定機1は、光源装置30と、本体部2とを有する。本体部2には、分光器13や、観察光学系11が取り付けられている。光源装置30の構成を除く他の構成は、本体部2に補正フィルタ5を有しない点を除いて第1の実施形態と同じである。
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same component as 1st Embodiment. In addition, overlapping explanation is omitted.
As shown in FIG. 6, the reflectance measuring machine 1 includes a
光源装置30は、白色光源であるハロゲン光源31と、補正手段である発光ダイオード32、発光ダイオード32の駆動装置33、及びダイクロイックミラー34とから構成されている。ハロゲン光源31と、発光ダイオード32とは、略直交する位置に配置されており、それぞれの光軸が交差する位置にダイクロイックミラー34が配置されている。図7に示すように、発光ダイオード32は、380nm付近にピークを有し、比較的にブロードな発光特性を有する補償用光源である。図8に透過特性を示すように、ダイクロイックミラー34は、400nm以上では約100の透過率を有し、400nm以下では、波長が減少するに従って透過率が下がり、380nm付近では透過率が40%になっている。
The
この実施形態の作用を説明する。光源装置30のハロゲン光源31から照射された光束の内、380nm〜400nm付近の波長の光は、ダイクロイックミラー34の透過特性によって約50%がハロゲン光源31側に反射され、残りの光がライトガイド4に導入する。400nm以上では、約100%の光がライトガイド4に導入される。一方、発光ダイオード32から照射される光束は、ダイクロイックミラー34によって光路を90°曲げられて、ライトガイド4に導入される。したがって、ハロゲン光源31からの光束と発光ダイオード32からの光束とは、ライトガイド4の入射面において合成される。
The operation of this embodiment will be described. Of the light flux emitted from the
ライトガイド4に導入された光束は、ライトガイド4を介して輪帯光束3aとして出射されて本体部2に導かれ、第1ピンホール6A、第1ビームスプリッタ7、結像レンズ8、第2ビームスプリッタ9を経て対物レンズ10で集光されて、被検面W1に向けて照射される。被検面W1での反射光が分光器13に導かれて分光される。測定時には、集光位置に何も配置しない状態と、標準試料を配置した状態と、被検レンズWを配置した状態とで、それぞれ測定を行い、被検レンズWの反射率を演算する。反射率測定機1は、ハロゲン光源31のみでは、図3に示すような分光特性を有し、ダイクロイックミラー34と発光ダイオード32を追加的に使用することで、図9に示すように分光特性が修正された。
The light beam introduced into the light guide 4 is emitted as an
この実施形態では、ハロゲン光源31からの光束は、短波長側では元々少なく、さらにダイクロイックミラー34によって減衰されるが、輪帯光束3aが第1ビームスプリッタ7を通る前に第1ビームスプリッタ7よりもハロゲン光源31側に配置された発光ダイオード32からの光束が追加されることで、短波長側の光量が全体として増加するので、測定範囲内の光量の強度分布を整えることが可能になり、測定精度を向上させることができる。
In this embodiment, the light beam from the
なお、本発明は、前記の各実施形態に限定されずに広く応用することができる。
例えば、測定対象は、反射率に限定されない。反射率を用いて色度図を求める場合などであっても良好な測定精度が得られる。
分光特性を補正する波長域を広げる場合には、発光ダイオード32の数を増やしたり、異なる波長の発光ダイオード32を追加したりしても良い。
ダイクロイックミラー34の代わりに、ハーフミラーを使用したり、複数の反射ミラーを組み合わせて用いても良い。また、二股のライトガイドを用い、分岐した一方の入射面にハロゲン光源31を配置し、分岐した他方の入射面に発光ダイオード32を配置し、ライトガイド内で2つの光源の光束を合成させ、出射側における輪帯光束において測定範囲内の各波長の光量の強度分布を整えても良い。
本体部2と、分光器13とは別体で構成しても良いし、一体で構成しても良い。
The present invention can be widely applied without being limited to the above-described embodiments.
For example, the measurement target is not limited to the reflectance. Even when a chromaticity diagram is obtained using reflectance, good measurement accuracy can be obtained.
When expanding the wavelength range for correcting the spectral characteristics, the number of
Instead of the
The
1 反射率測定機
3,30 光源装置
5 補正フィルタ(補正手段、光学フィルタ)
13 分光器
16 ラインセンサ(受光素子)
31 白色光源
32 発光ダイオード(補正手段、補償用光源)
34 ダイクロイックミラー
W1 被検面
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
13
31
34 Dichroic mirror W1 Test surface
Claims (5)
前記白色光源から前記被検面に至るまでの間に、反射光を前記受光素子で検出したときの前記受光素子の検出強度の波長に依存するばらつきを減少させる補正手段を設けたことを特徴とする反射率測定機。 In a reflectance measuring machine that makes a light beam from a white light source incident on a test surface, and that the reflected light from the test surface is dispersed by a spectroscope and then received by a light receiving element to measure the reflectance of the test surface,
A correction means is provided for reducing variation depending on the wavelength of the detection intensity of the light receiving element when reflected light is detected by the light receiving element between the white light source and the test surface. Reflectivity measuring machine.
白色光源からの光束を光学フィルタに通して500nm以上の波長の可視光の光量を減衰させた後に、前記被検面に照射するステップと、
前記被検面からの反射光を前記光学フィルタよりも手前で折り返して分光器に入射するステップと、
を有することを特徴とする反射率測定方法。
In a reflectance measurement method in which a light beam from a white light source is incident on a test surface, the reflected light from the test surface is dispersed by a spectroscope and then received by a light receiving element, and the reflectance of the test surface is measured.
Irradiating the surface to be examined after a beam of white light is passed through an optical filter to attenuate the amount of visible light having a wavelength of 500 nm or more;
The reflected light from the test surface is turned back before the optical filter and is incident on the spectroscope;
A reflectance measurement method characterized by comprising:
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